生物膜主要是由脂类和蛋白质分子以非共价键组合装配而成.生物膜的骨架是磷脂类的双分子层,或称脂双层(lipid bilayer).脂双层的表面是磷脂分子的亲水端,内部是磷脂分子疏水的脂肪酸链.脂双层有屏障作用,使膜两侧的水溶性物质不能自由通过,这对细胞正常结构和功能的保持是很重要的.脂双层中还有以不同方式镶嵌其间的蛋白质分子,生物膜的许多重要功能都是由这些蛋白质分子来执行的.有的蛋白质分子和物质运输有关,有的本身就是酶或重要的电子传递体,有的是激素或其他有生物学活性物质的受体.除了脂类和蛋白质以外,细胞膜的表面还有糖类分子,称为膜糖.膜糖大多和蛋白质分子相结合成为糖蛋白,也可和脂类分子结合而成糖脂. 生物膜的内外表面上,脂类和蛋白质的分布不均衡,这反映了膜两侧的功能的不同. 生物膜不是固定不变的结构,而是经常处于动态变化之中的.脂双层具有流动性,其脂类分子可以自由地移动,蛋白质分子也可以在脂双层中横向移动.这是S．J．Singer于1972年提出的见解.他建议的生物膜结构模型称为流动镶嵌模型(fluid mosaic model). (一)脂双层构成脂双层的脂类包括：①磷脂(脂双层的主要脂类)；②胆固醇；③糖脂(glycolipids). 在水溶液里,磷脂和糖脂分子能自发地迅速形成脂双层.用分离的生物膜(如血红细胞的膜)或用较简单的完整细胞如支原体、细菌等进行研究,可知脂双层中的脂分子可以进行各种形式的快速运动.脂双层的流动性是重要的,因为如果流动性下降,粘度增加,附着其上的酶将失去活性,各种活动,如过膜运输等都将变为不可能. (二)膜蛋白膜蛋白的功能是多方面的.有些膜蛋白可作为“载体”而将物质带入或带出细胞.有些膜蛋白是激素或其他化学物质的特异受体,如甲状腺细胞上有接受来自脑垂体的促甲状腺素(TSH)的受体.膜表面还有各种酶(蛋白质),使特异的化学反应能在膜上进行,如内质网膜上的酶能催化磷脂的合成等.细胞的识别功能也是决定于膜的表面蛋白的.这些蛋白可统称为表面抗原.表面抗原能和特异的抗体结合,如人细胞表面有一种蛋白质抗原HLA(图2-24),这是一种变化极多的双链分子.不同的人有不同的HLA分子,器官移植时,被植入的器官常被排斥,就是因为植入细胞的HLA分子,不为受体所接受之故. (三)膜糖和糖衣糖是细胞膜表面的糖类总称.它们大部分以共价键与膜蛋白相结合而成糖蛋白,少部分与脂类结合而成糖脂.膜糖只存在于质膜的外层,即远离细胞质的一层,与细胞质接触的一层没有糖类(图2-26).细胞器的膜,如线粒体、高尔基体、叶绿体等的膜上也没有糖分子.膜糖的成分主要有半乳糖、甘露糖、半乳糖胺、葡萄糖胺、葡萄糖以及唾液酸等.唾液酸是甘露糖的衍生物,位于糖链的末端.糖链一般都是短而分支的寡糖链.它们与细胞识别有关,也可能有固定膜中的穿膜蛋白质的作用.
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